Reaktive Sauerstoffspezies-getriebene metallische Korrosion in städtischer Mikroumgebung: Echtzeitüberwachung und Vorhersagen auf Basis von maschinellem Lernen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Sannakaisa Virtanen; Professor Mikhail Zheludkevich, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552208929

Die Korrosion metallischer Materialien gefährdet die Lebensdauer, Sicherheit und Nachhaltigkeit von Infrastrukturen und führt zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten. Aluminiumlegierungen werden weit verbreitet z.B. in Automobilteilen und in der Luftfahrt eingesetzt. Ihre Korrosionsbeständigkeit variiert erheblich je nach Legierungs-zusammensetzung und Umgebung. Je nach Anwendung kann die Korrosion unter Immersions- oder atmosphärischen Bedingungen auftreten. Bei atmosphärischer Korrosion ist bekannt, dass verschiedene Arten von Umgebungen, wie etwa städtische, industrielle oder küstennahe, zu unterschiedlichen Intensitäten des Angriffs führen, die mit dem Vorhandensein verschiedener aggressiver Substanzen zusammenhängen (wie z. B. SO2, Chloride). In städtischen Umgebungen spielt Luftverschmutzung, insbesondere atmosphärische Partikelmaterie, eine wichtige Rolle bei der metallischen Korrosion. Die zugrunde liegenden chemischen Mechanismen sind jedoch im Detail unklar. Obwohl die Zusammensetzung und Chemie der atmosphärischen Partikelmaterie komplex sind und viele verschiedene Komponenten die metallische Korrosion signifikant beeinflussen können, konzentriert sich dieses Projekt auf die Auswirkungen reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) auf die Intensität und Mechanismen der atmosphärischen Korrosion von Metallen und Legierungen, insbesondere von hochfesten Aluminiumlegierungen. ROS sind hochreaktive Chemikalien, die bekanntermaßen das Oxidationspotenzial atmosphärischer Schadstoffe erhöhen; daher werden Auswirkungen auf die Metallkorrosion erwartet. Dennoch gibt es nur begrenztes Verständnis für die genaue Rolle von ROS in der atmosphärischen Korrosion, insbesondere hinsichtlich der Quantifizierung von Korrosionsraten und der Identifizierung zugrunde liegender Reaktionsmechanismen. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Wechselwirkungen zwischen Metalloberflächen und ROS-haltiger Umgebung durch die Kombination von Online-Feldüberwachung und Laboranalysen aufzuklären. Ein neuartiges tragbares Online-Partikel-ROS-Instrument wird zur Messung von Umgebungs-ROS verwendet. Kommerzielle galvanische Korrosionssensoren werden zur Beurteilung der Korrosivität der Umgebungsluft sowie zur Erzeugung von im Labor erzeugten sekundären organischen Aerosolen verwendet. Um die Wechselwirkungsmechanismen zwischen partikulärem ROS und Metalloberflächen aufzudecken, werden im Labor Korrosionssensoren sowie kürzlich im Labor des Projektleiters entwickelte Respirometrie-Techniken verwendet. Schließlich werden auf künstlicher Intelligenz basierende Modelle eingesetzt, um die Beziehung zwischen partikulären ROS und der Korrosion aufzuklären und die Korrosionsrate über einen längeren Zeitraum vorherzusagen. Das Projekt soll in Zusammenarbeit zwischen zwei Gruppen mit etablierter Expertise in der Korrosions- und ROS-Chemie-Forschung durchgeführt werden. Wissenschaftliche Unterstützung durch Gruppen mit tiefgreifendem Wissen in der Atmosphärenchemie wird bereitgestellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Thomas Berkemeier; Dr. Sviatlana Lamaka